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Die Erfindung betrifft ein Getriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Derartige Getriebe eignen sich zur Verwendung in Windkraftanlagen.
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Aus dem Stand der Technik sind Planetenradsätze für Windkraftanlage bekannt, bei denen ein Planetenbolzen kraftschlüssig in einem Planetenträger fixiert wird. Vor der Montage des Planetenbolzens wird der Planetenträger erhitzt, so dass ein Schrumpfverband entsteht, wenn der Planetenbolzen in den Planetenträger eingeführt wurde und der Planetenträger anschließend abkühlt.
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Damit der Schrumpfverband hinreichend stabil ist, muss der Planetenträger im Bereich der Planetenbolzen sehr massiv ausgestaltet sein. Das hierzu erforderliche Material erhöht das Gewicht des Planetenträgers und verteuert dessen Herstellung.
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Die Erhitzung des Planetenträgers ist zudem sehr energieintensiv. Dies erhöht die Herstellungskosten zusätzlich. Darüber hinaus werden recht hohe Anforderungen an die zeitliche Taktung des Montageprozesses gestellt. So kann der Planetenbolzen nur in einem schmalen Zeitfenster von der Erhitzung des Planetenträgers bis zu dessen Abkühlung auf eine bestimmte Mindesttemperatur montiert werden. Zudem ist der erhitzte Planetenträger der Arbeitssicherheit abträglich. Es besteht die Gefahr, dass die Monteure sich Verbrennungen zuziehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe so auszugestalten, dass die den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile vermieden werden. Insbesondere sind unter Beibehaltung ausreichender Belastbarkeit und Haltbarkeit des Getriebes die Herstellungskosten zu senken. Zudem soll die Montage vereinfacht und das Verletzungsrisiko für die Monteure verringert werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Getriebe nach Anspruch 1.
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Das Getriebe umfasst mindestens ein Planetenrad, mindestens einen Planetenbolzen, ein erstes Lager und ein zweites Lager. Mittels des ersten Lagers und des zweiten Lagers ist das Planetenrad drehbar in dem Planetenbolzen gelagert.
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Das Planetenrad und der Planetenbolzen sind Teil einer Planetenstufe, zu der weiterhin ein Hohlrad, ein Planetenträger und ein Sonnenrad gehören. Der Planetenträger dient der Aufnahme der Planetenbolzen, so dass das Planetenrad mittels des ersten Lagers und des zweiten Lagers relativ zu dem Planetenträger drehbar gelagert ist. Der Planetenbolzen ist starr, d.h. ohne dass eine Relativbewegung zwischen den Planetenbolzen und dem Planetenträger möglich wäre, in dem Planetenträger fixiert. Je nach Ausführung des Planetensatzes als Minus- oder Plus-Planetensatz kämmt das Planetenrad mit dem Hohlrad und/oder mit dem Sonnenrad. Zwei der drei Komponenten Hohlrad, Planetenträger und Sonnenrad sind drehbar in einer ortsfesten Stützstruktur, etwa einem Getriebegehäuse, gelagert. Die dritte der drei Komponenten ist ortsfest, d.h. unbeweglich relativ zu der ortsfesten Stützstruktur, angeordnet.
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Erfindungsgemäß weist das Getriebe mindestens einen Stift auf. Unter einem Stift ist ein Element zu verstehen, dessen Grundform ein gerader Zylinder ist. Dies bedeutet, dass mindestens ein Teil des Elements die Form eines geraden Zylinders hat. Vorzugsweise handelt es sich um einen geraden Kreiszylinder.
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Der Stift ist mit dem Planetenbolzen verfügt bzw. in dem Planetenbolzen fixiert und ist ausgebildet, einen Innenring des ersten Lagers gegen den Planetenbolzen in eine erste axiale Richtung abzustützen. Dies bedeutet, dass der Innenring des ersten Lagers sich über den Stift an dem Planetenbolzen abstützen kann. Dabei nimmt der Stift von dem Innenring des ersten Lagers ausgehende in die erste axiale Richtung zeigende Kraft auf. Diese Kraft leitet der Stift zu dem Innenring weiter. Gekontert wird die Kraft durch eine von dem Planetenbolzen aufgebrachte Kraft, die in eine zweite, entgegengesetzt zu der ersten axialen Richtung verlaufende axiale Richtung zeigt. Durch die entgegengesetzten Kräfte wird der Stift zwischen dem Innenring zwischen dem ersten Lager und dem Planetenbolzen verspannt. Dabei verläuft ein Lastpfad zwischen dem Innenring des ersten Lagers und dem Planetenbolzen durch den Stift. Der durch den Stift verlaufende Teil des Lastpfads ist axial gerichtet.
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Der Stift sichert den Innenring des ersten Lagers gegenüber einer Verschiebung in die erste axiale Richtung relativ zu dem Planetenbolzen, begrenzt also die Verschiebbarkeit des Innenrings des ersten Lagers relativ zu dem Planetenbolzen in die erste axiale Richtung.
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Eine axiale Richtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie parallel zu einer Achse verläuft. Im vorliegenden Fall handelt es sich um eine Drehachse des Planetenrads, des Hohlrads, des Planetenträgers und/oder des Sonnenrads.
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Der Innenring des ersten Lagers, der Stift und der Planetenbolzen sind mindestens dreistückig ausgeführt, wobei der Innenring des ersten Lagers ein erstes Stück bildet, der Stift ein zweites Stück und der Planetenbolzen ein drittes Stück. Entsprechend besteht weder zwischen dem Innenring des ersten Lagers und dem Stift, zwischen dem Innenring des ersten Lagers und dem Planetenbolzen noch zwischen dem Stift und dem Planetenbolzen eine einstückige Verbindung.
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Der Stift gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, den Innenring des ersten Lagers unabhängig von dem Planetenbolzen in einer axialen Position zu fixieren. An die axiale Positionierung des Planetenbolzens werden somit verminderte Anforderungen gestellt. Mithin kann auf den eingangs beschriebenen, mit einer Reihe von Problemen behafteten Strumpfverband verzichtet werden kann.
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Vorzugsweise sind drei oder mehr Stifte der oben beschriebenen Art vorgesehen. Dies ermöglicht eine eindeutig definierte und stabile Abstützung des Innenrings des ersten Lagers in die erste axiale Richtung.
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Eine bevorzugte Weiterbildung des Getriebes sieht eine Stützfläche vor, die ausgebildet ist, einen Innenring des zweiten Lagers in die zweite axiale Richtung abzustützen. Die Stützfläche begrenzt also die Verschiebbarkeit des zweiten Lagers in die zweite axiale Richtung.
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Darüber hinaus ist vorzugsweise die Verschiebbarkeit des Innenrings des ersten Lagers in die zweite axiale Richtung relativ zu den Planetenrad sowie die Verschiebbarkeit des Innenrings des zweiten Lagers relativ zu den Planetenrad in die erste axiale Richtung beschränkt. Dies bedeutet, dass der Innenring des ersten Lagers in die zweite Richtung gegen das Planetenrad abgestützt wird. Entsprechend wird der Innenring des zweiten Lagers in die erste Richtung gegen das Planetenrad abgestützt. Dies entspricht einer O-Anordnung des ersten Lagers und des zweiten Lagers, wobei ein Außenring des ersten Lagers und ein Außenring des zweiten Lagers jeweils in dem Planetenrad fixiert sind. Insbesondere kann das Planetenrad den Außenring des ersten Lagers und den Außenring des zweiten Lagers bilden. Das Planetenrad und der Außenring des ersten Lagers sowie das Planetenrad und der Außenring des zweiten Lagers sind dabei jeweils einstückig miteinander verbunden.
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Vorzugsweise finden Kegelrollenlager als erstes Lager und als zweites Lager Verwendung.
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Von einem Abstand zwischen der Stützfläche und dem Stift ist das Spiel bzw. die Vorspannung des ersten Lagers und des zweiten Lagers abhängig. Insbesondere ändert sich das Spiel bzw. die Vorspannung in Abhängigkeit von dem Abstand. Unter dem Abstand zwischen der Stützfläche und dem Stift ist ein Abstand zwischen einem beliebigen Referenzpunkt der Stützfläche und einem beliebigen Referenzpunkt des Stifts zu verstehen. Vorzugsweise sind der der Referenzpunkt des Stifts und der Referenzpunkt der Stützfläche derart gewählt, dass der Stift den Innenring des ersten Lagers in dem Referenzpunkt in die erste Richtung und dass die Stützfläche den Innenring des zweiten Lagers mindestens in dem Referenzpunkt in die zweite Richtung abstützen kann. Insbesondere können die Referenzpunkte axial zueinander ausgerichtet, d.h. auf einer axial verlaufenden Geraden angeordnet sein.
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Weiterbildungsgemäß ist der Abstand zwischen der Stützfläche und dem Stift veränderlich. Auf diese Weise lässt sich das Spiel bzw. die Vorspannung des ersten Lagers und des zweiten Lagers einstellen.
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In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung ist ein Stützring vorgesehen, der die oben genannte Stützfläche ausbildet. Der Stützring ist mindestens zweistückig, mit einem ersten Stück und einem zweiten Stück, ausgeführt. Der Planetenbolzen weist weiterbildungsgemäß eine Nut auf, in die der Stützring eingesetzt ist. Dies bedeutet, dass sich der Stützring teilweise in der Nut befindet und somit in die Nut eingreift. Durch die zweistückige Ausführung des Stützrings vereinfacht sich die Montage. So ist es möglich, das erste Stück und das zweite Stück des Stützrings in die Nut einzusetzen, nachdem der Planetenbolzen in den Planetenträger eingeführt wurde.
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Der Planetenträger hält weiterbildungsgemäß das erste Stück und das zweite Stück des Stützrings zusammen. Der Planetenträger sichert also das erste Stück und das zweite Stück gegenüber einer radialen Verschiebung nach außen. Zu diesem Zweck kann eine Wange des Planetenträgers eine Vertiefung aufweisen, die den Stützring mindestens teilweise umschließt.
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Besonders bevorzugt wird eine Verfügung des Stifts mit dem Planetenbolzen in Form einer Verschraubung, wobei die Verschraubung so ausgerichtet ist, dass eine Drehung des Stifts relativ zu dem Planetenbolzen in der Verschraubung den Abstand zwischen der Stützfläche und dem Stift verändert. Auf diese Weise ist es möglich, das Spiel bzw. die Vorspannung des ersten Lagers und des zweiten Lagers durch Drehen des Stifts einzustellen.
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So kann der Stift ein Außengewinde aufweisen, der Planetenbolzen entsprechend mindestens ein Innengewinde. Das Außengewinde ist mit dem Innengewinde verschraubt. Durch Drehung des Außengewindes relativ zu dem Innengewinde um eine Schraubachse ist die Position des Stifts relativ zu dem Planetenbolzen mindestens in axialer Richtung und damit der Abstand zwischen der Stützfläche und dem Stift veränderlich. Die Drehung des Außengewindes relativ zu dem Innengewinde entspricht einer Drehung des Stifts relativ zu dem Planetenbolzen um die Schraubachse. Insbesondere kann die Schraubachse axial ausgerichtet sein.
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Aus dem Stand der Technik bekannte Planentenbolzen weisen eine Schulter auf. Diese dient der axialen Fixierung der Planetenlager und damit des Planetenrads. Unter einer Schulter ist eine radial, d.h. orthogonal zu der oben genannten Drehachse verlaufende Fläche zu verstehen. Vorzugsweise ist der Planetenbolzen und damit auch die Schulter rotationssymmetrisch ausgestaltet, wobei eine Symmetrieachse des Planetenbolzens axial, d.h. parallel zu der oben genannten Drehachse verläuft. Insbesondere kann die Schulter die Form eines Kreisrings annehmen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Schulter mit mindestens einem Loch versehen, welches das Innengewinde aufweist. Das Loch bildet also das Innengewinde aus, wobei sich das Innengewinde in dem Loch befindet. Das Loch mündet in die Schulter. Auf diese Weise ist es möglich, den Stift in die Schulter einzuschrauben.
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Das Loch ist einer bevorzugten Weiterbildung durchgehend, d.h. als Durchgangsloch ausgeführt. Ein Durchgangsloch weist zwei Mündungen auf, zwischen denen sich das Loch erstreckt. Im vorliegenden Fall liegt eine dieser Mündungen in der Schulter. Die zweite Mündung vereinfacht die Montage des Stifts. So kann der Stift durch die zweite Mündung in das Loch eingeführt werden. Weiterhin ist es möglich, den Stift durch die zweite Mündung hindurch mit einem Werkzeug zu erreichen und relativ zu den Planetenbolzen zu verdrehen. So lässt sich das Spiel bzw. die Vorspannung des ersten Lagers und des zweiten Lagers auch nachträglich noch anpassen. Insbesondere ist es möglich, das Lagerspiel bzw. die Vorspannung des ersten Planetenlagers und des zweiten Planentenlagers anzupassen, nachdem der Planetenbolzen in dem Planetenträger fixiert wurde.
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Der Planetenbolzen kann einen ersten zylinderförmigen Abschnitt und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt aufweisen, wobei ein Durchmesser des ersten Abschnitts geringer ist als ein Durchmesser des zweiten Abschnitts. Der zweite Abschnitt überragt also den ersten Abschnitt in axialer Richtung. Somit bildet der zweite Abschnitt die Schulter aus. Der erste Abschnitt dient als Lagersitz für das erste Lager und das zweite Lager. Dies bedeutet, dass der erste Abschnitt den Innenring des ersten Lagers und den Innenring des zweiten Lagers aufnimmt. Der Innenring des ersten Lagers und der Innenring des zweiten Lagers sind also auf dem ersten Abschnitt fixiert. Zur Montage wird der erste Abschnitt in den Innenring des ersten Lagers und den Innenring des zweiten Lagers eingeführt, nachdem das erste Lager und das zweite Lager mit dem Planetenrad verfügt wurden.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
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1 eine erste Variante von Planetenlagern mit verschraubtem Pin;
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2 eine Detaildarstellung des Pins;
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3 eine zweite Variante von Planetenlagern mit verschraubtem Pin;
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4A und 4B einen Fixierungsring; und
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5 ein Montageverfahren.
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1 stellt eine Planetenstufe mit einem Planetenrad 101, einem Planetenbozen 103, einem ersten Planetenlager 105 und einem zweiten Planetenlager 107 dar. Das Planetenrad 101 ist mittels des ersten Planetenlagers 105 und des zweiten Planetenlagers 107 drehbar in dem Planetenbolzen 103 gelagert.
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Das Planetenrad 103 kämmt mit einem Hohlrad 109 und einem Sonnenrad 111. Das Hohlrad 109 ist zwischen zwei Gehäusehälften 113 fixiert. Dadurch bildet das Hohlrad zusammen mit dem Gehäusehälften 113 ein Getriebegehäuse. Insbesondere ist das Hohlrad 109 ortsfest fixiert. Das Sonnenrad 111 ist drehbar gelagert.
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Zur Aufnahme des Planetenbolzens 103 ist ein Planetenträger 115 vorgesehen. Dieser ist ebenso wie das Sonnenrad 111 drehbar gelagert.
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Sowohl das erste Planetenlager 105 als auch das zweite Planetenlager 107 sind als Kegelrollenlager ausgeführt. Das Planetenrad 101 bildet jeweils einen Außenring der Lager 105, 107. Es ist also kein gesonderter Außenring vorgesehen. Stattdessen bildet das Planetenrad 101 jeweils eine äußere Lauffläche der Kegelrollen des ersten Planetenlagers 105 und des zweiten Planetenlagers 107 aus.
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Durch die in 1 dargestellte O-Anordnung des ersten Planetenlagers 105 und des zweiten Planetenlagers 107 begrenzt das Planetenrad 101 die axiale Verschiebbarkeit eines Innenrings 117 des ersten Planetenlagers 105 und eines Innenrings 119 des zweiten Planetenlagers 107 nach innen. Bei einer Verschiebung des Innenrings 117 des ersten Planetenlagers 105 und des Innenrings 119 des zweiten Planetenlagers 107 nach innen, d.h. aufeinander zu wird also das Planetenrad 101 zwischen dem Innenring 117 des ersten Planetenlagers 105 und dem Innenring 119 des zweiten Planetenlagers 107 verspannt.
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Zwischen dem Innenring 117 des ersten Planetenlagers 105 und dem Innenring 119 des zweiten Planetenlagers 107 ist ein ringförmiger Abstandhalter 121 vorgesehen. Damit entspricht der Abstand des Innenrings 117 des ersten Planetenlagers 105 und des Innenrings 119 des zweiten Planetenlagers 107 der Breite des Abstandhalters 121. Durch geeignete Wahl der Breite des Abstandhalters 121 lässt sich ein definiertes Spiel oder eine definierte Vorspannung des ersten Planetenlagers 105 und des zweiten Planetenlagers 107 erzielen.
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Zwischen dem Planetenbolzen 103 und dem Planetenträger 115 besteht kein Pressverband. Stattdessen dient ein Sicherungsring 123 dazu, den Planetenbolzen 103 in dem Planetenträger 115 zu fixieren. Der Sicherungsring 123 fixiert den Planetenbolzen 117 gegenüber einer Verschiebung in axialer Richtung relativ zu dem Planetenträger 115.
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Um trotz des fehlenden Pressverbands und der Verwendung des Sicherungsrings 123 die Planetenlager 105, 107 axial zu fixieren, sind Stifte 125 in dem Planetenbolzen 103 eingeschraubt.
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Die Stifte 125 üben eine axiale Kraft auf einen Zwischenring 127 aus. Der Zwischenring 127 ist wie der Innenring 117 des ersten Lagers 105 und der Innenring 119 des zweiten Lagers 107 auf den Planetenbolzen 103 angeordnet.
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Zu dem Innenring 117 des ersten Lagers 105 steht der Zwischenring 127 im direkten Kontakt. Somit leitet der Zwischenring 127 eine durch die Stifte 125 auf den Zwischenring 127 aufgebrachte axiale Kraft zu dem Innenring 117 des ersten Lagers 105 weiter. Der Innenring 117 des ersten Lagers 105 leitet diese Kraft über den Abstandshalter 121 und gegebenenfalls über die Kegelrollen des zweiten Lagers 107, das Planetenrad 101 und die Kegelrollen des ersten Lagers 105 zu dem Innenring 119 des zweiten Lagers 107 weiter.
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Ein Stützring 129, der im direkten Kontakt mit dem Innenring 119 des zweiten Lagers 107 steht, nimmt die beschriebene Kraft auf. Das erste Lager 105, das Planetenrad 101, der Abstandhalter 121 und das zweiten Lager 107 sind also zwischen dem Stützring 129 und dem Zwischenring 127 verspannt.
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Der Planetenbozen 103 weist eine Nut 131 auf, in welcher der Stützring 129 eingelassen ist. Die Nut 131 fixiert den Stützring 129 in axialer Richtung relativ zu den Planetenbolzen 103. Die von den Stiften 125 aufgebrachte Kraft wird somit nicht in den Planetenträger 115 eingeleitet, sondern verbleibt in den Planetenbolzen 103.
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Eine vergrößerte Darstellung eines Details A aus 1 zeigt 2. Der Stift 125 weist ein Außengewinde auf, dass mit einem Innengewinde des Planetenbolzens 103 eine Gewindepaarung 132 bildet. Die Gewindepaarung 132 erstreckt sich nicht über die gesamte Länge des Stifts 125. Stattdessen weist der Stift 125 einen zylindrischen Abschnitt 133 mit einer glatten Mantelfläche auf. Im Bereich des zylindrischen Abschnitts 133 wird der Stift 125 von einer ebenso zylinderförmigen Bohrung des Planetenbolzens 103 gestützt. Dies stabilisiert den Stift 125 und verhindert eine radiale Verbiegung.
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Die Darstellung von 3 entspricht 1. Im Unterschied zu 1 weist die in 3 dargestellte Planetenstufe allerdings keinen Zwischenring 127 auf. Stattdessen stehen die Stifte 125 im direkten Kontakt zu dem Innenring 119 des ersten Planetenlagers 107. Damit sind das erste Planetenlager 105, der Abstandhalter 121, das Planetenrad 101 und das zweite Planetenlager 107 zwischen dem Stützring 129 und den Stiften 125 verspannt.
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Der Stützring 129 ist in 4A und 4B detailliert dargestellt. Der Stützring 129 gemäß 4A ist zweistückig ausgeführt. Ein erstes Stück 401 und ein zweites Stück 403 des Stützrings 129 können separat voneinander in die Nut 131 eingesetzt werden, wenn sich der Planetenbozen 103 bereits in dem Planetenträger befindet.
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Alternativ kann der Stützring 129, wie in 4B dargestellt, einstückig ausgeführt sein. In diesem Fall ist der Stützring 129 mit einer Aussparung 405 versehen. Die Aussparung 405 ermöglicht es, den Stützring 129 geringfügig aufzubiegen und so über den Planetenbolzen 103 zu führen.
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5 veranschaulicht die Montage der beschriebenen Anordnung. In einem ersten Schritt 501 wird der Stützring 129 in dem Planetenträger 115 positioniert. In einem zweiten Schritt 503 folgen das erste Planetenlager 105, das Planetenrad 101 und das zweite Planetenlager 107. Das erste Planetenlager 105, das Planetenrad 101 und das zweite Planetenlager 107 wurden zuvor bereits miteinander verfügt. In dem zweiten Schritt 503 werden das erste Planetenlager 105, das Planetenrad 103 und das zweite Planetenlager 107 gemeinsam, d.h. im verfügten Zustand in dem Planetenträger 115 eingeführt und dort geeignet positioniert. Damit in einem dritten Schritt 505 der Planetenbolzen 103 montiert werden kann, wird der Stützring 129 zunächst aufgedehnt. Zur Montage wird der Planetenbolzen 103 zusammen mit dem Zwischenring 127 in den Planetenträger 115 sowie in den bereits in dem Planetenträger 115 platzierten Stützring und in die bereits in dem Planetenträger 115 platzierten Planetenlager 105, 107 eingeführt. In einem vierten Schritt 507 werden die Stifte 125 in dem Planetenbolzen 103 eingeschraubt. Abschließend wird der Planetenbolzen 103 mittels des Sicherungsrings 123 in dem Planetenträger 115 fixiert.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Planetenrad
- 103
- Planetenbolzen
- 105
- erstes Planetenlager
- 107
- zweites Planetenlager
- 109
- Hohlrad
- 111
- Sonnenrad
- 113
- Gehäusehälfte
- 115
- Planetenträger
- 117
- Innenring des ersten Planetenlagers
- 119
- Innenring des zweiten Planetenlagers
- 121
- Abstandhalter
- 123
- Sicherungsring
- 125
- Stift
- 127
- Zwischenring
- 129
- Stützring
- 131
- Nut
- 132
- Gewindepaarung
- 133
- zylindrischer Abschnitt
- 401
- erstes Stück des Stützrings
- 403
- zweites Stück des Stützrings
- 405
- Aussparung
- 501
- erster Schritt
- 503
- zweiter Schritt
- 505
- dritter Schritt
- 507
- vierter Schritt
